DE102010043973A1 - Method for generating noise by electromotor of motor car such as electric car, involves actuating electromotor with drive signal such that modulation in electromotor oscillations is produced to generate noise - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Erzeugung eines Geräuschs für ein durch einen Elektromotor angetriebenes Kraftfahrzeug.The invention relates to the generation of a sound for a driven by an electric motor vehicle.
Durch Elektromotoren angetriebene Kraftfahrzeuge, wie Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge bei rein elektromotorischem Antrieb, erzeugen im Vergleich zu durch Verbrennungsmotoren angetriebene Fahrzeugen deutlich geringere Betriebsgeräusche. Dadurch sinkt die Wahrnehmbarkeit eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs für andere Verkehrsteilnehmer, wie beispielsweise Fußgänger oder Radfahrer, da diese mit dem Gehörsinn kaum oder in vielen Fällen überhaupt nicht wahrnehmbar sind. Besonders für Personen mit Sehbehinderungen ist die reduzierte Wahrnehmbarkeit auf der sensorischen Ebene des Gehörsinns von Nachteil, da diese je nach Grad der Sehbehinderung größtenteils oder gar ausschließlich mit dem Gehörsinn Kraftfahrzeuge erkennen.By electric motors driven vehicles, such as electric vehicles or hybrid vehicles with purely electric motor drive, generate significantly lower operating noise compared to driven by internal combustion engines vehicles. As a result, the perceptibility of an electric motor driven vehicle for other road users, such as pedestrians or cyclists, since they are barely perceptible to the hearing, or in many cases are not noticeable. Especially for people with visual impairments, the reduced perceptibility on the sensory level of the sense of hearing is disadvantageous, since they recognize motor vehicles largely or even exclusively with the sense of hearing, depending on the degree of visual impairment.
Bei elektromotorisch betriebenen Kraftfahrzeugen ist es bekannt, ein künstliches Motorengeräusch zu erzeugen, welches die Wahrnehmbarkeit des Kraftfahrzeugs für Fußgänger erhöht. Derartige künstliche Motorengeräuschen werden von einem Signalsynthesizer in Verbindung mit einem Lautsprechersystem erzeugt (s. hierzu beispielsweise
Nachteilig an solchen Lautsprecher basierten Geräuschgeneratoren ist, dass hierfür zusätzliche Hardware notwendig ist. Außerdem besteht die Gefahr, dass der Geräuschgenerator ausfällt und dann das Kraftfahrzeug ohne zusätzliches Aufmerksamkeitsgeräusch betrieben wird.A disadvantage of such loudspeaker based noise generators is that additional hardware is necessary for this. There is also the risk that the noise generator fails and then the vehicle is operated without additional attention noise.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und einen Geräuschgenerator zur Erzeugung eines künstlichen Motorengeräusches für ein elektromotorisch betriebenes Kraftfahrzeug anzugeben, welche die vorstehend genannten Nachteile eines Lautsprecher basierten Geräuschgenerators ausräumt.It is an object of the invention to provide a method and a noise generator for generating an artificial engine noise for an electric motor-driven motor vehicle, which eliminates the aforementioned disadvantages of a speaker-based noise generator.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the features of the independent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Geräusches eines durch einen Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeugs. Hierbei wird ein Ansteuersignal für den Elektromotor oder für die Leistungselektronik des Elektromotors erzeugt, wobei das Ansteuersignal neben dem die Bewegung des Elektromotors steuernden Signals eine Modulation zur Geräuscherzeugung aufweist. Zur Erzeugung des Ansteuersignals wird beispielsweise ein die Drehbewegung des Elektromotors hervorrufenden Signals mit einem das Geräusch hervorrufenden Signals moduliert. Bei Ansteuerung mit dem Ansteuersignal werden durch die Modulation in dem Elektromotor Schwingungen erzeugt, welche das Geräusch hervorrufen. Die Geräusche entstehen beispielsweise durch die angeregten Schwingungen in der Spule und mechanischer Übertragung aufs Blechpacket und Gehäuse des Motors.A first aspect of the invention relates to a method for generating a sound of a motor vehicle driven by an electric motor. In this case, a drive signal for the electric motor or for the power electronics of the electric motor is generated, wherein the drive signal in addition to the movement of the electric motor controlling signal has a modulation for generating noise. To generate the drive signal, for example, a signal causing the rotary motion of the electric motor is modulated with a signal causing the noise. When driven with the drive signal vibrations are generated by the modulation in the electric motor, which cause the noise. The noises are caused, for example, by the excited vibrations in the coil and mechanical transmission to the sheet metal package and housing of the motor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Elektromotoren das Geräusch über den elektrischen Antrieb erzeugt, ohne dass ein zusätzlicher Lautsprecher nötig ist (ähnlich dem Anfahrquitschen eines Elektromotors). So können zusätzliche Hardwareaufwände zur Geräuscherzeugung reduziert oder gar ganz vermieden werden. Außerdem gewährleistet das Verfahren, dass bei Betrieb des Elektromotors automatisch ein entsprechendes künstliches Betriebsgeräusch erzeugt wird. Zur Absicherung der Geräuscherzeugung bei Betrieb des Kraftfahrzeugs ist kein zusätzlicher Aufwand nötig.In the method according to the invention, the noise is generated by the electric drive in electric motors, without an additional speaker is required (similar to the Anfahrquitschen an electric motor). Thus, additional hardware costs for generating noise can be reduced or even completely avoided. In addition, the method ensures that a corresponding artificial operating noise is automatically generated during operation of the electric motor. To secure the generation of noise during operation of the motor vehicle no additional effort is needed.
Das Geräusch muss nicht direkt von dem Elektromotor erzeugt werden; so können die Schwingungen in dem Elektromotor durch die Ausbreitung des Körperschalls auch ein mit dem Elektromotor mechanisch gekoppeltes Objekt außerhalb des Elektromotors zum Schwingen anregen, welches dann das Geräusch erzeugt. Damit können beispielsweise Teile der Karosserie oder sonstige Anbauteile als Resonanzkörper genutzt werden.The noise does not have to be generated directly by the electric motor; Thus, the vibrations in the electric motor by the propagation of structure-borne noise and a mechanically coupled to the electric motor object outside the electric motor to vibrate, which then generates the noise. Thus, for example, parts of the body or other attachments can be used as a sound box.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Geräusch um ein Wahrnehmbarkeitsgeräusch, welches der akustischen Wahrnehmbarkeit des Kraftfahrzeugs für außerhalb des Fahrzeugs befindliche Verkehrsteilnehmer dient. Es wäre aber auch denkbar, das Geräusch in die Fahrgastzelle einzuleiten, um den Geräuscheindruck für den Fahrer zu verändern, insbesondere um für den Fahrer den Geräuscheindruck eines Verbrennungsmotors nachzubilden.Preferably, the noise is a perceptibility noise which serves the acoustic perceptibility of the motor vehicle for road users located outside the vehicle. However, it would also be conceivable to introduce the noise into the passenger compartment in order to change the sound impression for the driver, in particular in order to simulate the noise impression of an internal combustion engine for the driver.
Typischerweise weist das Ansteuersignal neben einer die Motordrehzahl bestimmenden Frequenzkomponente zumindest eine zusätzliche Frequenzkomponente zur Geräuscherzeugung auf. Durch eine Frequenzüberlagerung über die eigentliche Ansteuerfrequenz lässt sich also ein Geräusch erzeugen.Typically, the drive signal has, in addition to a frequency component determining the engine speed, at least one additional frequency component for generating noise. By a frequency superimposition on the actual drive frequency so it is possible to generate a noise.
Zur Erzeugung zumindest einer zusätzlichen Frequenzkomponente im Ansteuersignal kann eine Frequenz-, Phasen oder Amplitudenmodulation verwendet werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Ansteuersignal um ein PWM-Signal (PWM – Pulsweitenmodulation) handeln, wobei die Phasenlage der steigenden oder fallenden Flanke zur Geräuscherzeugung verändert wird.To generate at least one additional frequency component in the drive signal, a frequency, phase or amplitude modulation can be used. For example, the drive signal may be a PWM signal (PWM pulse width modulation), wherein the phase position of the rising or falling edge for generating noise is changed.
Bei dem Elektromotor handelt es sich vorzugsweise um einen Dreiphasen-Wechselstrom-Motor, beispielsweise um eine Synchronmaschine. In diesem Fall wird ein Ansteuersignal mit drei Phasen verwendet. Das Ansteuersignal kann beispielsweise so moduliert sein, dass die Phasendifferenz zwischen den Phasen moduliert ist. The electric motor is preferably a three-phase AC motor, for example a synchronous machine. In this case, a drive signal having three phases is used. For example, the drive signal may be modulated such that the phase difference between the phases is modulated.
Vorzugsweise wird die Modulation derart zeitlich verändert, dass die Frequenzkomponente zur Geräuscherzeugung und somit die Frequenz der Schwingungen variiert wird. Durch das Durchlaufen eines Frequenzbandes um eine Resonanzfrequenz anstatt durch Ansteuerung mit einer festen Geräuschfrequenz lässt sich gewährleisten, dass das schwingungsfähige System zeitweise mit seiner Resonanzfrequenz und dadurch mit maximaler Amplitude schwingt, selbst wenn die genaue Lage der Resonanzfrequenz aufgrund von Toleranzen nicht genau bekannt ist.Preferably, the modulation is changed in time such that the frequency component for generating noise and thus the frequency of the vibrations is varied. By passing a frequency band around a resonant frequency rather than driving it at a fixed noise frequency, it is possible to ensure that the oscillatory system oscillates temporarily at its resonant frequency and thereby at maximum amplitude, even if the exact location of the resonant frequency is not known precisely due to tolerances.
Zur Erhöhung der Aufmerksamkeit bei anderen Verkehrsteilnehmern kann vorgesehen sein, dass kein konstantes Geräusch erzeugt wird. Das Geräusch kann beispielsweise wechselweise ein- und ausgeschaltet werden, indem die Modulation in dem Ansteuersignal ein- und ausgeschaltet wird. Alternativ kann wechselweise zwischen zwei verschiedenen Modulationszuständen umgeschaltet werden, wobei der erste Modulationszustand mit einer ersten Geräuschcharakteristik (z. B. Geräusch mit höherer Frequenz) und der zweite Modulationszustand mit einer zweiten Geräuschcharakteristik (z. B. Geräusch mit niedrigerer Frequenz) verbunden ist.To increase the attention of other road users can be provided that no constant noise is generated. For example, the noise may alternately be turned on and off by turning on and off the modulation in the drive signal. Alternatively, it is possible to alternately switch between two different modulation states, wherein the first modulation state is associated with a first noise characteristic (eg, higher frequency noise) and the second modulation state is associated with a second noise characteristic (eg, lower frequency noise).
Ferner kann die Modulation und damit das Geräusch von der Fahrgeschwindigkeit abhängen. So kann vorgesehen sein, dass die Modulation ab einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit (z. B. 30 km/h) ausgeschaltet oder zumindest reduziert wird, insbesondere wenn die übrigen Betriebsgeräusche (insbesondere die Rollgeräusche der Reifen) eine ausreichende Lautstärke aufweisen.Furthermore, the modulation and thus the noise may depend on the driving speed. Thus, it can be provided that the modulation is switched off or at least reduced starting at a certain driving speed (eg 30 km / h), in particular if the other operating noises (in particular the rolling noises of the tires) have a sufficient volume.
Das eine Modulation aufweisende Ansteuersignal lässt sich durch Überlagerung eines die Drehbewegung des Motors hervorrufenden Signal und eines das Geräusch hervorrufenden Signals erzeugen, beispielsweise mittels einer analogen Operationsverstärkerschaltung. Das modulierte Ansteuersignal kann auch digital in einem Mikrokontroller synthetisiert werden, beispielsweise mittels einer sogenannten Output-Compare-Einheit eines Mikrokontrollers. Eine solche Einheit ist prädestiniert zur Erzeugung eines PWM-Signals (auch über mehrere Phasen). Besonders hilfreich ist die dynamische Anpassbarkeit des Tastverhältnisses durch einen Software-Algorithmus im Mikrokontroller.The modulation signal having a modulation signal can be generated by superimposing a signal causing the rotational movement of the motor and a noise generating signal, for example by means of an analog operational amplifier circuit. The modulated drive signal can also be synthesized digitally in a microcontroller, for example by means of a so-called output compare unit of a microcontroller. Such a unit is predestined to generate a PWM signal (even over several phases). Particularly helpful is the dynamic adaptability of the duty cycle by a software algorithm in the microcontroller.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf einen Geräuschgenerator zur Erzeugung eines Geräusches eines durch einen Elektromotor angetriebenen Kraftfahrzeugs gerichtet. Der Geräuschgenerator umfasst Mittel zum Erzeugen eines Ansteuersignals für den Elektromotor oder für die Leistungselektronik des Elektromotors, wobei das Ansteuersignal eine Modulation zur Geräuscherzeugung aufweist.A second aspect of the invention is directed to a noise generator for generating a sound of a motor vehicle driven by an electric motor. The noise generator comprises means for generating a drive signal for the electric motor or for the power electronics of the electric motor, wherein the drive signal has a modulation for generating noise.
Ferner umfasst der Geräuschgenerator den Elektromotor, der bzw. dessen Leistungselektronik durch das Ansteuersignal angesteuert wird, wobei durch die Modulation in dem Elektromotor Schwingungen erzeugt werden, die das Geräusch hervorrufen.Furthermore, the noise generator comprises the electric motor, whose power electronics are controlled by the drive signal, wherein vibrations are generated by the modulation in the electric motor, which cause the noise.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung und zu dessen bevorzugten Ausführungsformen gelten in entsprechender Weise auch für den erfindungsgemäßen Geräuschgenerator nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.The above comments on the method according to the invention according to the first aspect of the invention and its preferred embodiments apply correspondingly also to the noise generator according to the invention according to the second aspect of the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to several embodiments. In these show:
Das von dem Signalgenerator
Eine Modulation in dem jeweiligen Ansteuersignal U1, V1, W1 vor der Leistungselektronik
Beispielsweise weist das Signal U1 (und damit auch das Signal U2) neben der die Motordrehzahl bestimmenden Frequenzkomponente zumindest eine zusätzliche Frequenzkomponente auf, welche in dem Elektromotor eine entsprechende Schwingung hervorruft, so dass ein wahrnehmbares Geräusch ertönt. Die Frequenz der Geräusch erzeugenden Frequenzkomponente entspricht beispielsweise der Resonanzfrequenz des schwingfähigen Systems umfassend die Spule
Das eine Modulation aufweisende Ansteuersignal U1 lässt sich beispielsweise durch Überlagerung eines die Drehbewegung des Motors hervorrufenden Signals X (beispielsweise mit der Frequenz der Motordrehzahl) und eines das Geräusch hervorrufenden Signals Y (beispielsweise bei der Resonanzfrequenz) erzeugen (s.
Die Modulationsfrequenz kann aber auch zeitlich verändert werden (s.
Statt einer Amplitudenmodulation kann auch eine Phasenmodulation zur Geräuscherzeugung verwendet werden. So kann beispielsweise die Phasenlage der steigenden oder fallenden Flanke des Ansteuersignals zur Geräuscherzeugung moduliert werden (s.
Es kann auch eine Phasenanschnittsteuerung oder Phasenabschnittsteuerung zur Motoransteuerung verwendet werden, wobei zur Geräuschmodulation der Einschaltpunkt bzw. der Abschaltpunkt moduliert sind.It is also possible to use a phase-angle control or phase-segment control for motor control, with the switch-on point or the switch-off point being modulated for noise modulation.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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